专利名称：一种湿法去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法
技术领域：
本发明涉及湿法冶金去除杂质的方法，特别是采用酸浸方法来去除硅锗合金中的金属杂质，获得高纯硅锗合金产品的一种方法。
背景技术：
SiGe材料具有载流子迁移率高，能带可调、禁带宽度 可容易通过改变Ge的含量加以精确调节等特点，从而使其在光学、电学、热学等领域具有重要的应用。SiGe合金的能带结构较小，在杂质能级间会存在由高价金属杂质产生的新能级，热激活会使电子在费米能级和杂质能级间跃迁，会对禁带宽度及载流子迁移率有一定影响。作为太阳能电池材料，提高开路电压是提高电池效率的关键，而开路电压与材料禁带宽度成正比，对于SiGe合金来说其能带结构可通过对Ge含量的不同进行调节，同时金属杂质对太阳能电池性能影响很大，当杂质含量过高时会在衬底中增加体内复合，影响电池效率。同时SiGe合金还是一种新型的带隙工程材料，从而使其在光电子领域以全新的“能带工程”代替“杂质工程”设计微电子、光电子器件，而作为光电领域都对杂质含量有一定要求。随着80以来，人们加强了对SiGe体单晶的的研究，而SiGe单晶的拉直是一门比较困难的工艺，常会导致多晶的生长、引入大量杂质而出现废料的情况。湿法提纯是冶金法制备太阳能级多晶硅的较成熟的前期预处理工序，可去除大部分的金属杂质，这为湿法深度提纯SiGe合金锅底料的少量金属提供了一定实验基础，从而对SiGe合金锅底料的回收利用提供可能。酸浸除杂方法属于湿法冶金方法，由于其成本低，工艺流程简单，并能有效去除大量的金属杂质而被广泛应用于材料提纯的前期预处理方法。当金属杂质被暴露于外表时能与酸充分接触，经过化学反应而溶解于液体中，通过固液分离而达到除杂的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题提供一种采用酸洗去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法，是一种工艺流程短、成本低、无环境污染的硅锗合金提纯方法，可得到相对较纯的硅锗合金产品。本发明的技术方案采用含有Fe、Al、Ca等金属杂质的拉单晶后的硅锗合金锅底料为原料，在磁力搅拌下，以HCl为浸出剂，粒度为100-1000 μ m之间，温度为20_80°C，经过4-32h的反应后进行固液分离，并清洗干燥后即得到了纯度为99. 99%的较纯的硅锗合金。具体步骤经过如下(如图I所示)(I)粒度分级拉单晶后的含金属杂质Fe、Al、Ca的硅锗合金锅底料块体经粉碎后，利用粒度筛进行粒度选择，得到粒度为100-1000 μ m范围内的硅锗合金粉体；(2)前期预处理将步骤(I)中制得的粉体利用蒸馏水及无水乙醇进行反复清洗以去除由粉碎过程中引入的少量废絮及有机物等杂质，并进行24h干燥；(3)酸浸除杂在一定固液比下，将步骤(2)得到的粉体放入2mol/lHCl浸出剂中，在一定搅拌速率、酸浸时间为8h、温度为40°C条件下进行反应除杂；(4)液固分离将步骤(3)进行固液分离后，利用去离子水进行反复清洗，干燥后得到纯度为99. 99%的硅锗合金产品。所述含有Fe、A1、Ca杂质的硅锗合金料为企业生产单晶后废弃的含金属杂质的硅锗合金锅底料，其含量分别为536ppmw、117ppmw、120ppmw。所述搅拌为磁力搅拌。所述温度为水浴温度。所述固液分离为真空抽滤。所述干燥为真空干燥。所述除杂后Fe、Al、Ca含量分别为4. 14ppmw、18. 30ppmw、67. 77ppmw。本发明的有益效果⑴.如图I所示的工艺流程图，本发明通过酸浸除杂可以得到较好的杂质去除效果，且流程短，能耗低，工艺操作简单。(2).本发明使用的原料是企业生产废弃的含金属杂质的硅锗合金尾料，可将尾料有效的回收利用，降低成本，保护了环境又可提高经济效益。(3).产品经去离子水反复清洗并干燥后可得到纯度为99. 99%的硅锗合金。
附I为工艺流程不意图。
具体实施例方式实施例I:将成分为Si含量95. 3 98. 14 at%, Ge含量4. 67 I. 86 at%的SiGe合 金埚底料粉碎，在磁力搅拌条件下，在2mol/l的HCl中，在粒度为400-1000 μ m的范围内，在水浴温度为20°C的条件下保温4h，然后进行固液分离。在酸浸实验过程中，这些杂质元素部分暴露于外表后与浸出剂反应而被溶解在溶液中，通过固液分离从而去除杂质。此实例中所获得的产品纯度为99. 7%。实施例2:将成分为Si含量95. 3^98. 14 at%，Ge含量
4.67^1. 86 at9^^SiGe合金埚底料粉碎，在磁力搅拌条件下，在浓度为4mol/l的HCl中，在粒度小于100 μ m的范围内，在水浴温度为40°C的条件下保温8h，然后进行固液分离。在酸浸实验过程中，这些杂质元素部分暴露于外表后与浸出剂反应而被溶解在溶液中，通过固液分离从而去除杂质。此实例中所获得的产品纯度为99. 86%。实施例3:将成分为Si含量95. 3 98. 14 at%，Ge含量4. 67 I. 86 at%的SiGe合金埚底料粉碎，在磁力搅拌条件下，在2mol/l的HCl中，在粒度为100-400 μ m的范围内，在水浴温度为60°C的条件下保温32h，然后进行固液分离。在酸浸实验过程中，这些杂质元素部分暴露于外表后与浸出剂反应而被溶解在溶液中，通过固液分离从而去除杂质。此实例中所获得的产品纯度为99. 98%。实施例4:将成分为Si含量95. 3 98. 14 at%，Ge含量4. 67 I. 86 at%的SiGe合金埚底料粉碎，取等量的2组样品进行重复对照实验，即分别在磁力搅拌条件下，在2mol/l的HCl中，在粒度为100-400 μ m的范围内，在水浴温度为60°C的条件下保温8h，然后进行固液分离。在酸浸实验过程中，这些杂质元素部分暴露于外表后与浸出剂反应而被溶解在溶液中，通过固液分离从而去除杂质。此实例两组样品所获得的产品纯度分别为99. 99%,99. 991%。
权利要求
1.一种湿法去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法，其特征为具体步骤经过如下 (1)粒度分级拉单晶后的含金属杂质Fe、Al、Ca的硅锗合金锅底料块体经粉碎后，利用粒度筛进行粒度选择，得到粒度为100-1000 μ m范围内的硅锗合金粉体； (2)前期预处理将步骤(I)中制得的粉体利用蒸馏水及无水乙醇进行反复清洗以去除由粉碎过程引入的废絮及有机杂质，并进行24小时干燥； (3)酸浸除杂将步骤(2)得到的粉体放入2mol/lHCl浸出剂中，在酸浸时间8小时、温度为40°C条件下搅拌，进行反应除杂； (4)液固分离将步骤(3)进行固液分离后，利用去离子水反复清洗，干燥后得到高纯度的娃锗合金产品。
2.根据权利要求I所述的湿法去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法，其特征是所述含有Fe、Al、Ca杂质的硅锗合金锅底料块为企业生产单晶后废弃的含金属杂质的硅锗合金尾料，其含量分别为536ppmw、117ppmw、120ppmw。
3.根据权利要求I所述的湿法去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法，其特征是所述搅拌为磁力搅拌。
4.根据权利要求I所述的湿法凝固去除硅锗合金尾料中金属杂质的方法，其特征是所述温度为水浴温度。
5.根据权利要求I所述的湿法去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法，其特征是所述固液分离为真空抽滤。
6.根据权利要求I所述的湿法去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法，其特征是所述干燥为真空干燥。
7.根据权利要求书I所述的湿法去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法，其特征是所述高纯度的娃锗合金经除杂后Fe、Al、Ca含量分别为4. 14ppmw、18. 30ppmw、67. 77ppmw。
全文摘要
本发明是一种湿法去除硅锗合金锅底料中金属杂质的方法。以含有Fe、Al、Ca等金属杂质的拉单晶后的硅锗合金锅底料为原料，按粒度100-1000μm分级后，以HCl为浸出剂，控制浸出时间为4-32h，温度为20-80℃范围内并在搅拌条件下，分布在硅锗合金晶界处的杂质会被溶解，经固液分离后实现提纯的效果。该过程中金属杂质Fe、Al、Ca的去除率分别可达99.23%，84.36%，34.18%。本发明是一种工艺流程短、成本低、环境污染少的硅锗合金提纯方法，以进一步满足其在工业生产、军事、通信领域对合金材料要求，并可实现二次资源的再生利用。
文档编号C22C1/06GK102943188SQ20121045137
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者陈秀华, 李程 申请人:云南大学